Oppdatert tiltaksplan for forurenset sjøbunn
utenfor Elkem Carbon, Kristiansand
RAPPORT
Hovedkontor NIVA Region Sør NIVA Region Innlandet NIVA Region Vest NIVA Danmark
Gaustadalléen 21 Jon Lilletuns vei 3 Sandvikaveien 59 Thormøhlensgate 53 D Njalsgade 76, 4. sal
0349 Oslo 4879 Grimstad 2312 Ottestad 5006 Bergen 2300 København S, Danmark
Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (45) 39 17 97 33 Internett: www.niva.no
Tittel
Oppdatert tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon, Kristiansand
Løpenummer
7573-2021
Dato
29.01.2021
Forfatter(e)
Kristoffer Næs, Marianne Olsen, Ian Allen, Violette Raffard, Malcolm Reid, Gøril Aasen Slinde (NGI) og Bente Sundby Håland (Elkem Carbon)
Fagområde
Miljøgifter - marin
Distribusjon
Åpen
Geografisk område
Agder
Sider
31 + Vedlegg
Oppdragsgiver(e)
Elkem Carbon
Oppdragsreferanse
Bente Sundby Håland
Utgitt av NIVA
Prosjektnummer 17272
Sammendrag
Denne rapporten er en oppdatering av NIVA-rapport 7276-2018 «Tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon, Kristiansand» (Olsen og medarb. 2018). Basert på nye analyser og modellering er det presentert utforming av
erosjonsbeskyttelse som del av tildekkingslag og angitt nødvendig tykkelse av dette laget i ulike soner i Elkembukta for hindre spredning som følge av skipsoppvirvling i Elkembukta. Tildekkingslaget og det erosjonsbeskyttende laget må prosjekteres i tråd med gjeldende regelverk og standarder. I den sammenheng bør også geotekniske beregninger gjennomføres for å kontrollere stabilitet og bæreevne i området. I Fiskåbukta, hvor risikoen fra PAH er relativt liten og tilstanden for sedimentlevende dyr god, er det i tiltaksplanen anbefalt overvåket naturlig restitusjon for å følge effekten av utslippsreduksjoner på
sedimentkonsentrasjoner og økologisk risiko knyttet til PAH. Anbefalingen endres ikke som følge av denne oppdateringen. Elkem Carbon har i de senere årene hatt fokus på kildekontroll for å redusere utslippene. Det har medført at tilførsler til sjø av PAH med prosessvann i dag er i størrelsesorden 5-10 PAH16 pr. år. Elkem Carbon er i prosess for å redusere PAH med overflatevann.
Per i dag er estimerte utslipp av overflatevann i størrelsesorden 25 kg PAH16 pr. år. Det arbeides med ytterligere tiltak for å redusere dette. Dette arbeidet er viktig for å minimalisere rekontaminering av et tildekkingslag og det anbefales at dette arbeidet prioriteres.
Fire emneord Four keywords
1. Elkem Carbon, Kristiansand
2. Contaminated sediments
3. PAH
1. Elkem Carbon, Kristiansand
2. Forurensede sedimenter
3. PAH
4. Tiltaksplan 4. Remedial action plan
Denne rapporten er kvalitetssikret iht. NIVAs kvalitetssystem og godkjent av:
Oppdatert tiltaksplan for forurenset sjøbunn
utenfor Elkem Carbon, Kristiansand
Forord
Denne rapporten er en oppdatering av opprinnelig tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon i Kristiansand (Olsen og medarb. 2018, NIVA-rapport 7276/2018) i henhold til
Miljødirektoratets krav framsatt i Tillatelse til virksomhet etter forurensningsloven (Tillatelse nr.
2018.0141.T, endret 10.01.2020).
Rapporten bygger på opprinnelig tiltaksplan, som her er supplert med modellering og design av erosjonshindrende lag. Dette er gjort av NGI som underleverandør til NIVA med Gøril Aasen Slinde som hovedansvarlig. Det er også gjort innsamling og analyse av kornfordeling av overflatesediment i det aktuelle tiltaksområdet. Feltarbeidet ble gjennomført av Jarle Håvardstun og Sigurd Øxnevad. I rapporten er det også inkludert resultater for eksperimenter med tilsetning av aktivt kull og antrasitt med formål å redusere porevannskonsentrasjoner av PAH. Dette arbeidet er gjennomført av Ian Allen, Violette Raffard, Malcolm Reid og Kristoffer Næs. Rapporten inneholder et kapittel om kildekontroll ved Elkem Carbon. Dette er beskrevet av Bente Sundby Håland, Elkem Carbon.
Prosjektleder har vært Marianne Olsen. Oppfølgingen av prosjektets aktiviteter og løpende kontakt med oppdragsgiver er ivaretatt av Kristoffer Næs som også har vært hovedforfatter for rapporten.
Kontaktpersoner hos Elkem har vært Bente Sundby Håland og Jens Christian Fjelldal.
Alle takkes for innsatsen!
Oslo, 29.01.2021 Marianne Olsen
(prosjektleder)
Innholdsfortegnelse
1 Introduksjon ... 8
1.1 Bakgrunn ... 8
1.2 Krav fra Miljødirektoratet ... 10
2 Hovedfunn og hovedkonklusjoner fra tiltaksplanen ... 12
2.1 Konsentrasjoner i sedimenter og porevann ... 12
2.2 Risikobildet ... 13
2.3 Avgrensing av tiltaksområdet ... 14
2.4 Rekontamineringsfare ... 14
2.5 Anbefalinger gitt i tiltaksplanen ... 17
3 Undersøkelser og utredninger gjennomført som grunnlag for oppdatert tiltaksplan ... 18
3.1 Effekt av tilsetting av aktivt karbon ... 18
3.2 Sedimenttekstur ... 19
3.3 Design av erosjonshindrende lag ... 21
3.3.1 Metode ... 21
3.3.2 Representative skipsanløp ... 22
3.3.3 Designforslag ... 24
4 Kildekontroll... 26
4.1 Bakgrunn ... 26
4.2 Prosessvann ... 26
4.2.1 Normal drift ... 26
4.2.2 Episodiske hendelser ... 27
4.2.3 Avbøtende tiltak ... 27
4.3 Overflatevann ... 27
4.3.1 Normal drift ... 27
4.3.2 Episodiske hendelser ... 28
4.3.3 Avbøtende tiltak ... 29
5 Konklusjon og anbefalinger ... 30
6 Referanser ... 31 Vedlegg A. Testing of activated carbon and anthracite as remediation material for PAH
contaminated sediment
Vedlegg B. Utforming av tildekkingslag for forurenset sjøbunn Vedlegg C. Utslipp og kildekontroll ved Elkem Carbon
Sammendrag
Denne rapporten er en oppdatering av NIVA-rapport 7276-2018 «Tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon, Kristiansand» (Olsen og medarb. 2018) i henhold til krav framsatt av
Miljødirektoratet i Tillatelse til virksomhet etter forurensningsloven (Tillatelse nr. 2018.0141.T, endret 10.01.2020), punkt 13.4. Foreliggende rapport bygger på den opprinnelige tiltaksplanen, med oppdateringer for å svare på Miljødirektoratets kommentarer til tiltaksplanen av 13.11.2020, og kravene gitt i tillatelsens punkt 13.4. Gjennomførte aktiviteter inkluderer nye analyser for å beskrive teksturen av sedimentene i Elkembukta, effekt på porevannskonsentrasjon av PAH ved tilsetning av aktivt kull og antrasitt, opplysninger om utslippskontroll av PAH til sjø ved Elkem Carbon samt modellering for utforming av erosjonsbeskyttelse som del av tildekkingslag for de forurensede sedimentene i Elkembukta.
Elkem Carbon har utslipp av PAH fra både prosessvann og overflatevann, sistnevnte inkluderer også søl fra kaier. Utslippene representerer både normal drift og eventuelle episodiske hendelser.
Bedriften har i de senere årene hatt fokus på kildekontroll for å redusere utslippene. Det har medført at tilførsler til sjø av PAH med prosessvann er i dag i størrelsesorden 5-10 PAH16 pr. år. Elkem Carbon er i prosess for å redusere PAH med overflatevann. Per i dag er estimerte utslipp i størrelsesorden 25 kg PAH16 pr. år. Det arbeides med ytterligere tiltak for å redusere utslippene.
I den opprinnelige tiltaksplanen (Olsen og medarb. 2018) ble det understreket at kartlegging av aktive kilder for PAH med påfølgende utslippsbegrensede tiltak må gjennomføres før sedimenttiltak kan iverksettes. Elkembukta ned til 20-25 m vanndyp ble identifisert som Elkems primære
tiltaksområde. Etter at utslippsreduserende tiltak er gjennomført og verifisert, ble det anbefalt å gjøre tildekking i Elkembukta med sikte på å hindre erosjon og spredning av forurenset sediment ut av bukta. Tildekkingen ble anbefalt å gjøres i kombinasjon med aktivt kull-behandling for å redusere porevannskonsentrasjonen av PAH i sedimentet og dermed redusere økologisk risiko. Effekten av aktivt kull på PAH måtte imidlertid avklares.
Fiskåbukta er påvirket til dels av utslipp fra Elkem Carbon, men også i stor grad av andre tilførsler og risikobildet skiller seg fra Elkembukta. Fiskåbukta har dyp som tilsier at det ikke foreligger noen påvirkning fra propellerosjon og hvor spredningsrisikoen fra PAH er relativt liten (med unntak av antracen) og tilstanden for sedimentlevende dyr er god. I Fiskåbukta er det derfor anbefalt overvåket naturlig restitusjon for å følge effekten av utslippsreduksjoner på sedimentkonsentrasjoner og økologisk risiko knyttet til PAH, spesielt de to komponentene fluoranten og benzo(a)pyren.
Utredningene i denne oppdateringen til tiltaksplanen endrer ikke konklusjonen for Fiskåbukta. Behov for spredningshindrende tiltak i områder påvirket av skipsanløp til Elkem Carbon er ivaretatt ved modellering av behov for erosjonsbeskyttelse i Elkembukta ned til 20 m.
De nye eksperimentene med tilsetting av aktivt kull og antrasitt til overflatesedimentene (øvre 10cm) viste ved begge tilsetninger en sterk reduksjon i konsentrasjonen av PAH i porevannet og mange PAHer kunne ikke detekteres i porevannet etter behandlingen.
cm (se også opprinnelig tiltaksplan: Olsen og medarb. 2018). En oppsummering av modelleringene og anbefalinger for design av et erosjonsbeskyttende lag er gitt i figuren under.
Det må gjennomføres en prosjekteringsfase før en tildekking starter som blant annet vurderer bæreevnen til de stedlige sedimentene. Basert på topografi og sonarmålinger, ser det ut til at det ikke forekommer bratte skråninger i det foreslåtte tiltaksområdet, eventuelt bortsett de som er forbundet med kaikonstruksjonene. Det antas dermed at utlegging av et tildekkingslag med erosjonsbeskyttelse vil være relativt uproblematisk i områdene med slak helning.
Summary
Title: Updated remediation action plan for contaminated sediments outside Elkem Carbon, Kristiansand.
Year: 2021
Author(s): Kristoffer Næs, Marianne Olsen, Ian Allen, Violette Raffard, Malcolm Reid, Gøril Aasen Slinde (NGI) og Bente Sundby-Håland (Elkem Carbon)
Source: Norwegian Institute for Water Research, ISBN 978-82-577-7308-3
This report is an update to NIVA report 7276-2018 " Tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon, Kristiansand " (Olsen and medarb. 2018). Based on new analyses and modelling, the design of erosion protection has been presented as part of capping layers of the contaminated sediments in Elkembukta. The erosion protection will prevent resuspension from ship maneuvering. The capping layer and the erosion protection layer must be designed in accordance with applicable regulations and standards. In this context, geotechnical calculations should also be carried out to control stability and carrying capacity in the area. In Fiskåbukta, where the risk from PAH is relatively small and the condition of sediment-living animals is good, it is in the remediation action plan recommended monitored natural recovery to monitor the effect of emission reductions on sediment concentrations and ecological risk associated with PAH. The recommendation does not change as a result of this update. In recent years, Elkem Carbon has focused on source control to reduce emissions. This has meant that inflows to sea of PAH with process water today are in the range of 5-10 PAH16 per year.
Elkem Carbon is in the process of reducing PAH with surface water. As of today, estimated discharges of surface water are in the range of 25 kg of PAH16 per year. Further measures are being taken to reduce this. This work is important for minimizing the recontamination of the capping layers and it is recommended that this work be given priority.
1 Introduksjon
1.1 Bakgrunn
Elkembukta, Elkem Carbon sin primære resipient, er del av indre Kristiansandsfjord og spenner et areal på ca. 50 000m2, Figur 1 og Figur 2. Området har vært overvåket siden 80-tallet og betydelig forurensning er påvist. For Elkem Carbon sin del gjelder dette utslipp av PAH. I de senere årene har bedriften gjennomført store utslippsreduserende tiltak. I dag er fokus på ytterligere
utslippsreduksjoner og på tiltak mot de forurensede sedimentene.
Solar er vist i kartet. Resipient for direkte utslipp fra Elkem Carbon er vannforekomsten
‘Kristiansandsfjorden-indre havn’ (0130010302-2-C).
Figur 2. Avgrensning av Elkembukta (indre og ytre) og Fiskåbukta (mørk skravering angir 10 m kote).
Miljødirektoratet påla i brev datert 16.08.2017 Elkem Carbon å utarbeide en tiltaksplan for
opprydding i forurenset sjøbunn utenfor bedriften i Kristiansand. Elkem Carbon engasjerte NIVA til dette. Gjennom undersøkelser og utredninger utformet NIVA en rapport av 28.05.2018 (Olsen og medarb. 2018) som svar på pålegget. Den 13.11.2019 kom Miljødirektoratet med tilbakemeldinger på tiltaksplanen og også varsel om pålegg om utredning av omlegging av utslippspunktet
(Miljødirektoratet ref. 2019/332). Dette ble fulgt opp i Miljødirektoratets tillatelse til Elkem Carbon, hvor også krav om en oppdatering av tiltaksplanen og pålegg om å utrede omlegging av utslippspunkt inngikk (Tillatelse nr. 2018.0141.T, endret 10.01.2020).
Foreliggende rapport svarer på kravet om oppdatering av tiltaksplanen, jfr, tillatelsens punkt 13.4.
Rapporten henviser til den opprinnelige tiltaksplanen, men for å forenkle lesbarheten har vi valgt å ta med korte utdrag av sentrale kapitler i den opprinnelige tiltaksplanen. Dette er gjort i kapittel 2. I kapittel 3 er undersøkelser og utredninger gjennomført som grunnlag for oppdatering av
tiltaksplanen, beskrevet. Kapittel 4, som beskriver kildekontroll, er basert på informasjon fra Elkem Carbon.
1.2 Krav fra Miljødirektoratet
I kravet fra Miljødirektoratet til Elkem Carbon, gitt i tillatelsens punkt 13.4 (Tillatelse nr. 2018.0141.T, endret 10.01.2020), heter det:
Elkem Carbon skal svare på Miljødirektoratets kommentarer til tiltaksplan for opprydding i forurenset sjøbunn av 13.november 2019.
Elkem Carbon skal oppdatere tiltaksplanen med følgende opplysninger:
Spredning av forurensning
• Tiltaksplanen må redegjøre mer i detalj for hvordan tiltaket skal motvirke spredning av forurensning, særlig fra skipsoppvirvling, i de berørte vannforekomstene.
• Dagens og fremtidig skipsoppvirvling (prognose) må ligge til grunn for tiltaksvurdering ved valg av robust og varig tiltaksløsning
Kildekontroll
• Hva er årsaken til denne økte registrerte forurensningen ved episodiske hendelser, og hvordan kan slike hendelser motvirkes med konkrete tiltak?
• I planen er søl fra kaiene forklart som årsak til noe av dagens tilførsel av PAH til sjø og sjøbunn. Hvor mye søl er det snakk om? Hvilke avbøtende tiltak av varig karakter kan iverksettes straks for å motvirke slik spredning av forurensning?
Miljødirektoratets kommentar av 13.november 2019 er ikke gjengitt her i sin helhet, men om valg av tiltaksløsning er kommentaren som følger:
Miljødirektoratet mener at anbefalt tiltaksmetode ikke vil gi et tilstrekkelig godt og varig resultat. Det vil neppe hindre oppvirvling av forurenset sediment i det virksomheten definerer som tiltaksområde. Vår vurdering er begrunnet ut fra resultater som fremkommer ved bruk av risikovurderingsverktøyet for forurenset sediment. Risikovurderingen dokumenterer at årsaken til spredning av de tyngre PAH- forbindelsene i stor grad skyldes propelloppvirvling. Propelloppvirvling skjer gjerne i vannvolum fra 0-20 meters dybde i områder som trafikkeres av sjøgående fartøy. For å motvirke at propelloppvirvling av forurenset sediment skjer, er det nødvendig å gjennomføre robuste tiltak for å motvirke dette. Vi kan ikke se at konsulentens utredning tar høyde for dette. Varig tiltak for å motvirke spredning av forurensning fra sediment i Fiskåbukta må ytterligere utredes og dokumenteres før vi kan anse tiltaksplanen som endelig svar på pålegget.
Kommentarene fra Miljødirektoratet er sammenfallende med kravene gitt i tillatelsens punkt 13.4.
Det siste punktet om ytterligere utredning av varige tiltak for å motvirke spredning av forurensning fra sediment i Fiskåbukta er imidlertid ikke gitt som et konkret krav i tillatelsens punkt 13.4.
2 Hovedfunn og hovedkonklusjoner fra tiltaksplanen
2.1 Konsentrasjoner i sedimenter og porevann
Sedimentprøvene fra Elkembukta hadde generelt høye konsentrasjoner av PAH-forbindelser. Nesten alle stasjonene var i tilstandsklasse V, «svært dårlig» for PAH-forbindelsene i henhold til
Miljødirektoratets veileder M-608. De fleste sedimentprøvene hadde høye konsentrasjoner av kobber; disse var i klasse IV og klasse V. Det var også enkelte med stasjoner med høye
konsentrasjoner av bly (klasse IV) samt mange med høye konsentrasjoner av nikkel (klasse IV), særlig i ytre del av Elkembukta mot Fiskåbukta. TBT var i hovedsak i klasse IV og klasse V. PAH16 i
sedimentprøver fra 2017 og tilnærmet sammenfallende stasjoner i 2013 er vist i Figur 3. Figuren kan indikere noe lavere konsentrasjoner i 2017 enn i 2013 bortsett fra innerst i Elkembukta (S1/st3) og i Fiskåbukta (S7/K17). Man skal imidlertid være forsiktig med denne sammenligningen idet 0-2 cm snittet ble analysert i 2013, mens 0-10 cm snittet ble analysert i 2017. Det kan dog bety at reduksjonen er reell.
Figur 3. Innholdet av PAH16 i sedimentprøver fra Elkembukta i 2013 og 2017.
Løste konsentrasjoner i porevann er en essensiell parameter i risikosammenheng. Disse konsentrasjonene kan enten bestemmes fra de partikulære sedimentkonsentrasjonene via en generisk fordelingskoeffisient (Trinn 2 i Risikoveilederen) eller, slik det ble gjort for Elkembukta, via direkte kvantifisering av den stedsspesifikke verdien basert på målinger (Trinn 3 i Risikoveilederen), Figur 4. Figuren viser en betydelig nedgang i konsentrasjoner fra stasjon 4 til stasjon 5. Dette tilsvarer overgangen fra Elkembukta til Fiskåbukta ved ca 20-meters dybdekote.
stasjon PAH16 µg/kg
0 50 100 150 200 250 300 350
PAH16 2013 PAH16 2017
S1 st3 S2 toks1 S3 st8 S4 st11 S5 st14 S6 toks2 S7 K17 S8
Figur 4. Innholdet av PAH16 i porevannsprøvene fra Elkembukta i 2017.
2.2 Risikobildet
I Elkembukta var det overskridelser i forhold til Trinn 1 grenseverdier for samtlige PAH-forbindelser, metallene kobber, nikkel og sink, i tillegg til PCB7 og TBT. Beregnet spredning fra sedimentene oversteg også «grenseverdien» for trinn 1 for de samme forbindelsene, med unntak av PCB hvor det ikke er oppgitt grenseverdi. Totalspredningen av PAH16 fra sedimentene ble beregnet til 1,27 kg/år. I 2014 ble utlekkingen estimert til 3,3 kg/år. Spredningen av Cu og Ni ble beregnet til å utgjøre hhv 1,6 og 5 kg/år og spredning av TBT ble beregnet til 0,8 kg/år. Spredningen av TBT er ca. tre ganger høyere enn beregningene i 2014.
Faren for effekter på økosystemet vurderes ut fra overskridelser av PNEC-verdier. For bunnlevende organismer er det i Elkembukta overskridelser for metallene As, Cu og Ni og seks PAH-forbindelser.
Størst overskridelse er det for TBT. For vannlevende organismer er det overskridelser for to PAH- forbindelser i tillegg til TBT.
Grenseverdiene for human risiko ble overskredet for PCB7 og TBT, og i noe mindre grad nikkel. Denne risikoen skyldes hovedsakelig transport i næringskjeden fra bunndyr til lokal sjømat. Beregningen av risiko for skade på human helse forutsetter i praksis at næringskjedetransporten skjer innenfor risikoområdet som innebærer at sjømaten tar all sin næring i området. For stedbundne organismer som f. eks blåskjell vil risikoen være reell, men for fisk som er mobil vil risikoen sannsynligvis være overestimert ettersom fisken vil kunne vandre og beite på andre områder også.
Risikovurderingen som ble gjennomført i forbindelse med utarbeidelse av tiltaksplanen viser at risiko
stasjon
S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8
PAH16 ng/l
0 1000 2000 3000 4000 5000
porevann 2017
Det tilføyes her at det i beregningsverktøyet generelt er lagt til grunn at det ikke er fare for spredning som følge av propelloppvirvling på dyp større enn 20 m. Fiskåbukta er i hovedsak dypere enn dette.
Likevel viser beregningene av spredning basert på regneverktøyet for Trinn 2 Risiko for spredning at skipsoppvirvling for enkelte metaller og PAHer gir et vesentlig relativt bidrag til spredningsrisikoen i Fiskåbukta (se Tabell 25 og Figur 19 i tiltaksplanen i Olsen og medarb. 2018). Dette risikobidraget vil da nødvendigvis være knyttet til områder grunnere enn 20 m.
2.3 Avgrensing av tiltaksområdet
I den opprinnelige tiltaksplanen ble områdets topografi, tilførsler, konsentrasjoner i sediment, porevann og biota, sedimentasjon, sedimentenes egenskaper, tilstanden for bløtbunnsfauna og risikobildet i Elkembukta og Fiskåbukta belyst og diskutert. Resultatene viser at det er en vesentlig endring i miljøforholdene i sedimentene innenfor og utenfor 20-25 meters dyp i Elkembukta. I Fiskåbukta er risikoen for human helse og økologiske effekter fra PAH relativt lav selv om det foreligger en spredningsrisiko, og den økologiske tilstanden representert ved bløtbunnsfaunaen er god. På grunnlag av dette forelås Elkembukta som Elkems primære tiltaksområde, avgrenset av 20-25 m dybdekote. Ved tiltaksgjennomføring er det relevant å vurdere inndeling i mindre delområder innenfor Elkembukta på bakgrunn av dyp og sedimentegenskaper.
Fiskåbukta er påvirket av utslipp fra Elkem Carbon, men er også resipient for flere andre
virksomheter og er utsatt for et større mangfold av påvirkninger fra flere ulike kilder. Dette sammen med annen tilstand og et annet risikobilde enn i Elkembukta gjør det relevant å betrakte Fiskåbukta som et eget tiltaksområde.
Det presiseres her at avgrensningen av Elkembukta mot Fiskåbukta ved 20-25 m dybdekote
innebærer at påvirkning på sedimentet av skipsanløp til og fra Elkem Carbon, og tilhørende risiko for spredning som følge av propell-erosjon, ivaretas innenfor Elkembukta som tiltaksområde.
2.4 Rekontamineringsfare
Kildekontroll og rekontamineringsfare er en sentral problemstilling ved sedimenttiltak. Dette gjelder både de ordinære utslippene knyttet til produksjonen, men også påvirkning fra episodiske hendelser og avrenning fra tette flater (se kapittel 4 for ytterligere beskrivelser). I tiltaksplanen ble det gjort modelleringer av hva som måtte til av utslippsreduksjoner for å oppnå varige gode miljøforhold. Det kan synes vanskelig å redusere kildene til PAH-forurensingen i tiltaksområdet tilstrekkelig til å oppnå målet om varig tilstand klasse III eller bedre i sedimentene, uavhengig av tiltaksløsning.
Ifølge risikoveilederen er imidlertid økologisk risiko knyttet til konsentrasjonene i porevannet, og den såkalte Predicted No Effect Concentration (PNEC) er fastsatt for å beskytte økosystemet. Dersom det antas proporsjonalitet mellom utslippsmengder og konsentrasjonene i porevannet (Cpw) kan det enkelt beregnes hvor mye de fremtidige utslippene (U) må endres i forhold til dagens nivå (U0) for å oppnå konsentrasjoner i porevannet tilsvarende PNEC for vann (PNECw), dvs EQS for kystvann (TA2803/2011), uttrykt som en Utslippsreduksjonsfaktor eller Endringsfaktor (f):
Ligning 1: U = U0 * ƒ
der Utslippsreduksjonsfaktoren f er:
Ligning 2: ƒ = PNECw/Cpw
Hvis ƒ >1, gir dagens utslipp en porevannskonsentrasjon på et akseptabelt nivå og medfører ingen økologisk risiko i porevannet siden konsentrasjonene er lavere enn PNECw. Hvis ƒ<1, må utslippene reduseres for å oppnå en konsentrasjon i porevannet ≤ PNECw. Resultatene for beregnede
utslippsfaktorer for et utvalg av PAH-forbindelser er vist i Figur 5.
Figur 5. Faktor som angir hva dagens utslipp må endres med for at porevanneskonsentrasjoner av utvalgte PAH-forbindelser i porevannet skal tilfredstille PNEC-verdier for vann, dvs. grenseverdi for økologisk risiko. Hvis kurvene ligger under faktor 1 (stiplet rød linje), må
porevannskonsentrasjonene og dermed dagens utslippsnivå reduseres for å tilfredsstille EQS-krav. Er faktoren større enn 1, tilfredsstiller konsentrasjonen i porevannet i dag grenseverdien.
2.5 Anbefalinger gitt i tiltaksplanen
Basert på vurderingen gjort i arbeidet med tiltaksplanen, ble følgende anbefalinger gitt i rapport 7276/2018: Gjennomføring av sedimenttiltak forutsetter at aktive kilder er under kontroll. Tiltak rettet mot forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon forutsetter kontroll på kilder og
utslippsreduksjon er derfor det primære tiltaket for Elkem Carbon. Etter at utslippsreduserende tiltak er gjennomført og verifisert, anbefales det å gjøre tildekking i Elkembukta med sikte på å hindre erosjon og spredning av forurenset sediment ut av bukta. Det anbefales å gjøre tildekkingen i kombinasjon med aktivt kull-behandling for å redusere porevannskonsentrasjonen av PAH i sedimentet og dermed redusere økologisk risiko.
I Fiskåbukta, hvor risikoen fra PAH er relativt liten og tilstanden for sedimentlevende dyr god, anbefales det overvåket naturlig restitusjon for å følge effekten av utslippsreduksjoner på
sedimentkonsentrasjoner og økologisk risiko knyttet til PAH, spesielt de to komponentene fluoranten og benzo(a)pyren.
3 Undersøkelser og utredninger gjennomført som grunnlag for oppdatert tiltaksplan
3.1 Effekt av tilsetting av aktivt karbon
I den opprinnelige tiltaksplanen ble det anbefalt tildekking i kombinasjon med tilsetting av aktivt kull.
Det ble imidlertid påpekt at effekten av aktivt kull på porevannskonsentrasjoner av PAH i de aktuelle sedimentene burde testes. Dette er gjort ved å samle inn overflatesedimenter fra to lokaliteter, en i Elkembukta og en i Fiskåbukta, se Figur 6 og Vedlegg A. Sedimentene ble tilsatt aktivt kull og også kalsinert antrasitt fra Elkem Carbon og ristet i 4-6 uker ved romtemperatur. Konsentrasjoner av PAH i porevannet før og etter behandling ble målt ved hjelp av SPME-fibre (solid phase microextraction).
Figur 6. Lokaliteter for innsamling av sedimenter for testing av tilsetting av aktivt kull og antrasitt.
Tilsettingen av både aktivt kull og antrasitt medførte en sterk reduksjon i konsentrasjonen av PAH i porevannet og mange PAHer kunne ikke detekteres i porevannet etter behandlingen. Størst reduksjon i porevanns-PAH ble, som forventet, observert i sedimentene som ble tilsatt aktivt kull (Figur 7). Effektiviteten av behandlingen kan beregnes etter:
%Eff = (Cfibre(control) – Cfibre(treatment)) / Cfibre(control))*100
Figur 7. Effekt på konsentrasjon av PAH i porevann ved tilsetting av aktivert karbon (AC) og antrasitt (ANT) til sedimenter fra Elkembukta og Fiskåbukta etter 1 og 1, 5 måneders behandling i romtemperatur.
Resultatene viser at aktivt kull er svært effektivt i å redusere porevannskonsentrasjonene av PAH i sedimenter både fra Elkembukta og fra Fiskåbukta.
3.2 Sedimenttekstur
I den opprinnelige tiltaksplanen ble det gjennomført en side-scan sonar-undersøkelse av
bunnforholdene, Figur 8. I den reviderte tiltaksplanen er det i tillegg gjort kornfordelingsanalyser av sedimentene, Figur 9. De to undersøkelsene er rimelig overensstemmende. Kornfordelingsanalysene viser at det er en betydelig andel finstoff i sedimentene, bortsett eventuelt fra de helt kai-nære områdene hvor vi ikke har prøver fra. Det viser at det ikke er en erosjon av sedimentene i hele Elkembukta.
Figur 8. Side-scan sonar-bilde av sedimentene i Elkembukta: Hardhet (%) av sedimentene i Elkembukta. Mørk rød angir harde sedimenter hvor 100 % representerer grus. Blå farge angir løse sedimenter, jo mørkere blå, jo løsere sedimenter.
Figur 9. Kornfordeling % <63 µm i sedimentene i Elkembukta. Merk at fargene er motsatt fra figur 8.
3.3 Design av erosjonshindrende lag
Norges Geotekniske Institutt (NGI) ble engasjert av NIVA til å gjøre modelleringer for å designe et lag som skal hindre erosjon fra skipspropeller av selve tildekkingslaget. NGIs rapport er i helhet gitt i Vedlegg B. Tekst fra denne rapporten er hentet til de tre delkapitlene under.
3.3.1 Metode
Erosjonen fra propeller blir vurdert ut ifra økt strømningshastighet over sjøbunnen som følge av manøvrering til og fra kai med de aktuelle fartøytypene. Overslagsberegningene av strøm langs sjøbunnen generert av propellstrøm, er utført med en modell utviklet av NGI (2002). Det blir gjort beregninger ut fra motoreffekten som legges inn i modellen.
Videre blir den økte vannhastigheten ved sjøbunnen generert av propellen benyttet for å si noe om hvilken kornstørrelse som kan motstå erosjon ved den aktuelle vannhastigheten. I modellen som NGI har utviklet benyttes kjente metodikker for erosjon som utgangspunkt for å finne erosjonsbestandig kornstørrelse. Resultatet av beregningen oppgis parameteren D50 som angir den steinstørrelsen i det mineralske materialet som 50 % av prøven er mindre enn, regnet etter vekt.
Tykkelse erosjonslag = d50 ∙ 3
For beregnede strømhastigheter over 2 m/s beregnes tykkelse av erosjonslag som:
Tykkelse erosjonslag = d50 ∙ 1,5
Forskjellen på utregningen av tykkelsen kommer av at de finere massene må legges ut i et tykkere lag relatert til kornstørrelsen enn det vil være behov for med de grove massene. Det er fordi det vil være større relativ usikkerhet i utleggingen av tynnere lag, og at en derfor trenger et noe tykkere lag for å være sikker på at laget blir erosjonsbestandig. Med tanke på utleggingstekniske forhold er det også behov for en noe større sikkerhetsfaktor når det legges ut tynne lag.
Tykkelsen av det endelig beregnede erosjonsslaget blir rundet opp til nærmeste 5 cm.
For å kjøre modelleringene må en ha en del inngangsparametere:
Bevegelsesmønster for fartøy som manøvrerer i området Vanndyp i tiltaksområdet
Propelldiameter for fartøy som manøvrerer i området
Fartøyenes motoreffekt (i kW), og hvilken effekt som benyttet ved manøvrering til og fra kai Resultatet av modelleringen vil være kornstørrelse og tykkelse som er anbefalt for
erosjonsbeskyttelseslaget for å motstå oppvirvling med beskrevet skipstrafikk. Inngangsparameterne til modellen oppsummeres i følgende kapitler.
3.3.2 Representative skipsanløp
Som omtalt over, er fartøyspesifikke data inngangsparameterne i modelleringen. Som grunnlag for beregningene, har Elkem gitt en liste over alle anløp i 2019. Dette er et representativt år og båtenes bevegelsesmønstre samt hvor de fortøyer ved kai, er gitt i tekst under og i Figur 10. Likeledes har Elkem gjort en vurdering om eventuelle planlagte endringer i dette fram i tid. Elkem konkluderer at de båter som er valgt og deres bevegelsesmønster, også er representative for situasjonen i
overskuelig fremtid.
Som utgangspunkt for å si noe om bevegelsesmønster for fartøy innenfor tiltaksområdet, er det hentet ut åpne AIS-data (AIS = automatic identification system) fra Kystverket. Dataen som kan hentes ut stammer fra anløp til kaia utenfor Elkem Carbon i løpet av mai 2019. Det antas at
bevegelsesmønsteret for fartøyene er representativt for anløpene til og fra kai i området, både nå og i framtiden.
Figur 10.AIS-data for stykkgodstrafikk (blå linjer) og båter med bindemiddel (rød linje) for manøvrering til og fra kai ved Elkem Carbon. Dataen er fra mai 2019 (hentet fra:
https://kart.kystverket.no//share/9220e0e277e4, hentet dato: 2020-08-07).
Ut ifra hvilket råstoff eller produkt som skipene ankommer med, vil posisjonen som skipene legger til ved kaien variere:
1. Elektrodemasse Kystruta – bakker til kai pga. tilgang via luke på båten. Denne ruta utføres av Karmsund som er 90 m lang
2. Elektrodemasse til Finnfjord – kjører med baugen inn mot bukta. Denne ruta utføres av Kristian With som er 90 m lang
3. Antrasitt, petrolkoks, kull – båtene kjører med baugen inn mot bukta. Det er mange ulike fartøyer som utfører denne ruta og de er typiske 90-120 m lange
4. Bindemiddel – båtene kjører stort sett med baugen inn mot bukta. Det er flere ulike fartøyer som utfører denne ruta og de er typisk 80-100 m lange. NGI har fått opplyst av fartøyet Lindo bakker til kai, og det utføres egen modellering for dette skipet
5. Kvarts – båtene bakker til kai og er typisk 120 - 150 m lange
Kaia utenfor Elkem Carbon er nesten 280 m lang. Anløpsmønsteret til de ulike båtene viser at hele lengden av kaien er i bruk, og at en må ta med dette i beregningen når en ser hvilke dybder en vil forvente å være påvirket av skipsoppvirvling, Figur 11.
Figur 11.Oversiktsbilde av kaiområdet (ortofoto). Tall angir posisjon av senter av skip innenfor kategorier som anløper jevnlig (se liste over). Omriss av skip er vist for skalering av et omtrentlig skip som bakker inn i posisjon 1.
Det modelleres med at skipene benytter 40 % av motoreffekten sin ved manøvrering til og fra kai.
Dette er basert på erfaringer fra de som utfører manøvrering i området (eposter fra Ulvan Rederi, videresendt fra Elkem Carbon), og vil være representativt for en dag der det ikke er utfordrende værforhold.
3.3.3 Designforslag
Med utgangspunkt i forutsetningene som er beskrevet tidligere, er en oppsummering av
modelleringene gitt i Tabell 1 og Figur 12 under. Avvik for forutsetningene ved at det kommer inn skip som anvender større motorkraft eller har større dypgang, kan dette skade erosjonslaget.
Tabell 1. Oppsummering av resultater for modellering for 40 % motoreffekt.
Dybde til sedimentene
D50 ≥
(cm) Tykkelse
erosjonslag (cm)
Dimensjonerende skip eller varegruppe
8 – 10 m 3 10 Bindemiddel
Skråning 21 32 Elektrodemasse
10 – 12 m 5 15 Bindemiddel
10 – 12 m, øst 6 20 Kull, petrolkoks, antrasitt*
12 – 16 m 13 20 Kvarts
> 16 m 3 10 Kvarts
* Kvartsbåter vil også kunne trafikkere i dette området, men om disse skal være dimensjonerende må det vurderes andre former for erosjonsbeskyttelse enn mineralske masser.
Resultatene oppsummeres også grafisk i figuren under. Merk at det også her er merknad at
modelleringen som er utført for det østlige området med sedimentdyp på 10-12 m ikke er gjeldende for kvartsbåter.
Figur 12. Grafisk oppsummering av resultatene fra modelleringen. * Kvartsbåter vil også kunne trafikkere i dette området, men om disse skal være dimensjonerende må det vurderes andre former for erosjonsbeskyttelse enn mineralske masser.
Modelleringene i kapitlene over gjelder et lag for å hindre erosjon av selve tildekkingslaget under.
Dette laget vil erfaringsmessig trenge en tykkelse på 30-50 cm (se også opprinnelig tiltaksplan: Olsen og medarb. 2018). Det må gjennomføres en prosjekteringsfase før en tildekking starter som blant annet vurderer bæreevnen til de stedlige sedimentene. Basert på topografi og sonarmålinger, ser det ut til at det ikke forekommer bratte skråninger i det foreslåtte tiltaksområdet, eventuelt bortsett de som er forbundet med kaikonstruksjonene. Det antas dermed at utlegging av et tildekkingslag med erosjonsbeskyttelse vil være relativt uproblematisk i områdene med slak helning.
4 Kildekontroll
4.1 Bakgrunn
Følgende tekst er forfattet av Elkem Carbon ved Bente Sundby Håland.
I pålegget fra Miljødirektoratet om kildekontroll etterspørres det informasjon om episodiske hendelser og søl fra kaier og tiltak for å motvirke dette. Vi definerer episodiske hendelser som avvik fra det generelle utslippsbildet fra prosessvann, overflatevann og fra håndtering av råvarer og produkter ved kaiene.
Prossessene ved Elkem Carbon består av elektrokalsinering (varmebehandling) av antrasitt og petrolkoks, transport av kalsinert materiale, sikte- og knuseprosesser og blandeprosess for elektrodemasser og kaldstampemasser. Bindemiddelet for elektrodemassen er kulltjærebek som inneholder PAH-stoffer. Kilder til PAH-utslipp fra Elkem Carbon kommer fra prosesvannet og også via overflatevann. Figur 13 gir en oversikt over utslippspunktene.
Figur 13. Oversikt over utslippspunkter ved Elkem Carbon. Rene tall angir overflatevann (OVP), mens prosessvann er angitt PVP1. Fiskåbekken er markert med FB.
4.2 Prosessvann
4.2.1 Normal drift
Fra 2005 har utslipp av PAH via prosessvannet vært regulert av Miljødirektoratet gjennom Elkem Carbons tillatelse til virksomhet etter forurensningsloven. I perioden 2006-2008 gjennomførte
bedriften mange tiltak (Sørlandskonsult, 2008) for å redusere PAH-utslippene til vann. Dette
medførte blant annet at PAH-utslipp med prosessvann ble redusert fra 185 kg/år til 5-10 kg/år som er dagens utslippsnivå. Dette tilsvarer en reduksjon på over 90 prosent for PAH-utslipp via
prosessvannet.
Etter arbeidet med tiltaksplanen for forurenset sjøbunn (Olsen og medarb. 2018) ble det satt et mål om at Elkem Carbon skal redusere utslipp av PAH til sjø med minst 80% med hensyn på
benzo(a)pyren for å nå miljømål for fjorden. Det ble laget en tiltaksplan for alle utslippspunkter, både prosessvann og overflatevannspunkter.
4.2.2 Episodiske hendelser
Avvik fra generell drift og utslipp med prosessvann vil potensielt være overfylling av settletank (slamutskiller) for rensing av prosessvannet (designet for 17 m3/t). Dette kan skje ved bruk av for store mengder kjølevann.
4.2.3 Avbøtende tiltak
De viktigste avbøtende tiltakene er kontroll på vannmengden som brukes. Vannet som brukes til kjøling av briketter resirkuleres og kjøles gjennom en varmeveksler. Vannforbruket i
produksjonshallen og vannutslipp via settletank logges kontinuerlig. Dersom vannmengden har vært større enn intern grense (som er 75% av kapasitet på settletanken) blir dette avviksbehandlet. Det er også lagt inn fysiske begrensinger på hvor mye vann som kan brukes. De siste årene har det ikke vært noen overskridelser av kapasiteten for settletanken.
Søl fra aktiviteter med elektrodemasse har resultert i mindre utslipp av PAH fra produksjonshallen.
For å redusere dette kjøres det nå hyppigere rengjøring av gulvflater i produksjonhall og i nærliggende omrpådet utenfor hvor søl kan oppstå. Vann fra denne rengjøringen ledes til
prosessvannet og rensing i settletank. Regnvann i et område som tidligere gikk ut via overflatevannet er også rutet via prosessvannet.
4.3 Overflatevann
4.3.1 Normal drift
Utslipp av PAH via overflatevannet ble regulert av Miljødirektoratet i 2018 knyttet til revidert tillatelse til virksomhet etter forurensningsloven. Elkem Carbon gjennomførte en kartlegging av diffuse kilder for overflatevann i mars–september 2018 (Cowi, 2018). Hele bedriftsområdet ble gjennomgått og det ble kartlagt hvilke aktiviteter som kunne føre til PAH-utslipp til vann.
Kartleggingen avdekket at det var fare for PAH-utslipp ved områder der det lagres ferdigvarer, ved trafikkområder, ved lossestasjon for bindemiddel og ved vaskeplass for kjøretøy. Med utgangspunkt i kartleggingen ble representative arealer beregnet og stikkprøver av overflatevannet analysert for å estimere PAH-tilførsler fra hvert delområde, Figur 14, Figur 15 og Vedlegg C
Figur 14.Oversikt over utslippspunkter som ble kartlagt i 2018 og som kan medføre PAH-utslipp til vann. Rene tall angir overflatevann (OVP), mens prosessvann er angitt PVP1. Fiskåbekken er markert med FB.
Figur 15.Estimerte utslipp av PAH via delområder for overvann i 2018.
4.3.2 Episodiske hendelser
Episodiske hendelser knyttet overflatevann vil i hovedsak være søl av elektrodemasse som knuses ned f. eks ved kjøretøy og at partikler går til sjø ved nedbør. Det har også tidligere vært hendelser hvor feiebil har samlet opp søl av elektrodemasse og tømt på feil plass.
Lossing av bindemiddel eller hull på emballasje i forbindelse med håndtering av ferdigvarer kan medføre søl fra kaiene.
4.3.3 Avbøtende tiltak
Elkem Carbon er i prossess med å gjøre tiltak for å redusere utslipp av PAH via overflatevann. De viktigste tiltakene identifisert og omfatter følgende:
1 Nulltoleranse for søl av PAH-holdige råvarer, ferdigvarer og avfall på lager- og trafikkområder.
Umiddelbar stopp i arbeidet og opprydding dersom det oppstår hull i emballasje under håndtering av varer. Ved lossing av bindemiddel er fangdam med sand under tilkoblingspunkt utvidet. Eventuelt søl fjernes og det blir lagt på ren sand. Dersom det observeres hull i emballsje for elektrodemasse, f.eks brikettsekker, blir disse tatt ut, satt under tak og pakket om.
2 Optimalisering av rutiner for rengjøring og feiing.
3 Gjennomgang og forbedring av rutiner for lagring av ferdigvarer. Utrede muligheten for å øke innendørs lagring av ferdigvarer.
4 Rent overflatevann skal i størst mulig grad avskjæres og bortledes.
5 PAH-forurenset prosess- og overflatevann skal renses.
Status for avbøtende tiltak ut fra punktene over følges jevnlig opp og det gjøres estimat på reduserte utslipp på grunnlag av gjennomført tiltak, Vedlegg C. Samtidig tas det stikkprøver fra utslippspunkter for å beregne utslipp pr. delområde, Figur 16.
Figur 16.Estimerte utslipp av PAH via delområder for overvann i 2020.
5 Konklusjon og anbefalinger
Denne rapporten er en oppdatering av NIVA-rapport 7276-2018 «Tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon, Kristiansand» (Olsen og medarb. 2018). Basert på nye analyser og modellering er det presentert utforming av erosjonsbeskyttelse som del av tildekkingslag og angitt nødvendig tykkelse av dette laget i ulike soner i Elkembukta for hindre spredning som følge av skipsoppvirvling i Elkembukta, ned til 20 m. Tildekkingslaget og det erosjonsbeskyttende laget må prosjekteres i tråd med gjeldende regelverk og standarder. I den sammenheng bør også geotekniske beregninger gjennomføres for å kontrollere stabilitet og bæreevne i området.
Resultater fra nye undersøkelser viser at tilsetning av aktive masser (aktivt kull) vil kunne bidra til redusert biotilgjengelighet av PAH.
Elkem Carbon har utslipp av PAH fra både prosessvann og overflatevann, sistnevnte inkluderer også søl fra kaier. Bedriften har her gjort rede for forurensning knyttet til normal drift og til episodiske hendelser, definert som avvik fra det generelle utslippsbildet for prosessvann, overflatevann og fra håndtering av råvarer og produkter ved kaiene. De har videre beskrevet iverksatte og fremtidige avbøtende tiltak. Bedriften har i de senere årene hatt fokus på kildekontroll for å redusere utslippene. Det har medført at tilførsler til sjø av PAH med prosessvann er i dag i størrelsesorden 5-10 PAH16 pr. år. Elkem Carbon er i prosess for å redusere PAH med overflatevann, som per i dag er estimerte til å være i størrelsesorden 25 kg PAH16 pr. år. Det arbeides med ytterligere tiltak for å redusere dette til under 10 kg PAH16 pr. år.
Det anbefales at det gjøres ytterligere utslippsreduserende tiltak ved Elkem Carbon for å redusere tilførsler av PAH til Elkembukta. Etter at dette er gjennomført og verifisert, anbefales det at de forurensede sedimentene i Elkembukta tildekkes, gjerne i kombinasjon med aktivt kull-behandling for å redusere porevannskonsentrasjonen av PAH i sedimentet og dermed redusere økologisk risiko.
Videre anbefales det at det etableres et erosjonsbeskyttende lag med tykkelse og korngradering i henhold til modellert påvirkning. Dette laget vil beskytte tildekkingslaget, særlig mot påvirkning fra skipspropeller.
I Fiskåbukta, hvor risikoen fra PAH er relativt liten og lavere enn i Elkembukta, og tilstanden for sedimentlevende dyr god, er det anbefalt overvåket naturlig restitusjon for å følge effekten av utslippsreduksjoner på sedimentkonsentrasjoner og økologisk risiko knyttet til PAH, spesielt de to komponentene fluoranten og benzo(a)pyren. Utredningene i denne oppdateringen til tiltaksplanen endrer ikke konklusjonen for Fiskåbukta.
6 Referanser
Olsen, M., K. Næs, M. Schaanning, S. Øxnevad, J. Håvardstun, S. Sayfritz og Karina Pettersen, 2018.
Tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon, Kristiansand. NIVA-rapport 7276-2018, 113s.
Vatland, A., 2008. Kartlegging og reduksjon av PAH-utslipp til sjø – statusrapport, 2008, Sørlandskonsult (oppdragsnr 2680.409).
Vatland, A., 2018. Elkem Carbon – tiltaksplan for reduserte PAH-utslipp til vann. COWI-rapport, Prosjektnr A111061, RAP001.
Vedlegg A. Testing of activated carbon and anthracite as remediation material for PAH
contaminated sediment
31.10.2019
Recipient(s) Elkem Carbon, att.: Bente Sundby-Håland
Prepared by: Ian Allen, Violette Raffard, Malcolm Reid, and Kristoffer Næs
Copy: Marianne Olsen
Reference number: 0583/19
Project number: 17272
Subject: Testing of activated carbon and anthracite as remediation material for PAH contaminated sediment
Background
As a response to order from the Norwegian Environmental Agency to Elkem Carbon, NIVA produced a remedial action plan (RAP) for the contaminated fjord sediments in the near vicinity of Elkem Carbon in Kristiansand (Olsen et al. 2018).
The RAP recommended capping of the sediments with material to minimise erosion and dispersal of contaminated sediments. A capping mass containing activated carbon was recommended as a measure to reduce porewater PAH-concentrations.
The RAP also recommended testing the efficiency of activated carbon prior to using it in situ.
Sampling and Treatments
Approximately 20 L of surface sediments (0-10 cm) were collected using a Van Veen-grab (on April 12, 2019) from Elkembukta and Fiskåbukta, see Figure 1 and Table 1. The sediment samples were kept cold prior to transport to NIVA’s laboratory. Upon reception, sediment batches were homogenised with a drill mixer and then 700 mL sub-samples was transferred to 1 L glass jars.
Figure 1. Sampling locations Table 1. Sample characteristics.
Elkembukta Fiskåbukta
|Coordinates 58o 07,53’ N, 007o 58,43’ E 58o 07,55’ N, 007o 58,77’
Water depth, m 13 31 E
% <2 µm 3,7 4,5
% <63 µm 63,4 87,2
TOC, mg/g 4,5 5,0
Dry matter, % 47,7 35,1
The proportion of remediation material to be tested was 20 g L-1 of sediment. Two types of carbon additions were used: The powdered carbon AquaSorb CP1 from Jacobi (kindly provided by Geir Markussen, Sparks AS) and filter dust from Elkem Carbon. Anthracite powder or activated carbon were therefore added in adequate proportions in replicates jars (6 jars per sediment) for each sediment batch.
Control jars with no remediation treatment added were also prepared.
Remediated and non-remediated jars were left to stir for on an orbital shaker for 4-6 weeks at room temperature in order to study the treatments to their maximum efficiency.
Total PAH concentrations in Elkembukta and Fiskåbukta
Total PAH concentrations were measured in subsamples of the two sediments collected during the procedure described above. Sediment batches were sent to
Elkembukta
Fiskåbukta
Evaluation of PAH availability in sediments with SPME fibres
The evaluation of PAH availability was done using solid-phase microextraction fibres (SPME fibres) immersed directly in the sediment. The sediment from each jar was sub-sampled into a GC vial for SPME fibre exposure (Figure 1). The fibres used were from Supelco (Sigma-Aldrich Co) and were 1 cm long with a 30 um thick polydimethylsiloxane (PDMS) coating. All measurements were made in triplicate with a 5 day-long immersion in sediment under static conditions. The 5 day long exposure was chosen as a compromise between the expected linear accumulation of the chemicals into the fibre and accumulating sufficient amount of chemicals in the fibre. The fibres were then retrieved and cleaned with a lint free tissue, and subsequently inspected with a magnifying glass to ensure that no particles remained on the surface of the fibre. Samples were then analysed by direct introduction of the SPME fibre into the injector of the GC/MS in an essentially solventless sample preparation and analysis.
Figure 1. Static exposure of an SPME fibre to sediment in a GC vial.
Results
Total PAH concentrations in sediments
As shown on Figure 2, organic carbon-normalised PAH concentrations in Elkembukta and Fiskåbukta sediments (2019) are in a very similar range to those measured in sediment batches collected at neighbouring locations in a previous study (2017).
Figure 2. Organic carbon-normalised PAH concentrations in sediments from Elkembukta and Fiskåbukta used in this study (2019) and comparison with data from samples collected in 2017 at sampling locations in the vicinity of the sampling sites chosen for this study.
Remediation efficiency in the ‘constant agitation at room temperature’ treatment The amounts of PAHs absorbed into the SPME fibres over the 5-day exposure to non-remediated and remediated sediments from Elkembukta and Fiskåbukta in the experiment with 1 or 1.5 month agitation of the sediment at room temperature are shown on Figure 3.
Figure 3. Concentrations of individual PAHs in SPME fibres (pg fibre-1) exposed to sediment (i) prior to remediation, (ii) after addition of activated carbon (AC) and Anthracite (ANT) and agitation for 1 an 1.5 months at room temperature for Elkembukta sediment and Fiskåbukta sediment.
Both AC and anthracite treatments demonstrated substantial reduction in PAHs.
Many PAHs could not be detected in the remediated sediment. In general, the highest reduction in PAH availability can, as expected, be observed with the AC
treatment. The efficiency of the remediation treatment was calculated from the initial:
%Eff = (Cfibre(control) – Cfibre(treatment)) / Cfibre(control))*100 The efficiencies of the AC and ANT treatments are presented in Figure 4.
Figure 4. Relative remediation efficiency of the activated carbon (AC) and anthracite (ANT) treatments applied to Elkembukta and Fiskåbukta sediments with 1 and 1.5 month agitation at room temperature.
Conclusions
These results lead to the following conclusions:
• Activated carbon (AC) is very efficient at reducing the availability of PAHs in sediments both from the Elkembukta and the Fiskåbukta.
• Anthracite (ANT) also demonstrated efficient reduction in the availability of PAHs in both sediments, but it was not as efficient as AC.
Reference
Olsen, M., K. Næs, M. Schanning, S. Øxnevad, J. Håvardstun, S. Sayfritz og K.
Petersen, 2018. Tiltaksplan for forurenset sjøbunn utenfor Elkem Carbon, Kristiansand. NIVA-rapport 7276-2018.
Vedlegg B. Utforming av tildekkingslag for
forurenset sjøbunn
tildekkingslag for forurenset sjøbunn
MODELLERING AV EROSJONSBESKYTTELSE SOM DEL AV TILDEKKINGSLAG
DOK.NR. 20200242-01-R REV.NR. 0 / 2020-11-04
Dokumentet skal ikke benyttes i utdrag eller til andre formål enn det dokumentet omhandler. Dokumentet må ikke reproduseres eller leveres til tredjemann uten eiers samtykke.
Dokumentet må ikke endres uten samtykke fra NGI.
Neither the confidentiality nor the integrity of this document can be guaranteed following electronic transmission. The addressee should consider this risk and take full responsibility for use of this document.
This document shall not be used in parts, or for other purposes than the document was prepared for. The document shall not be copied, in parts or in whole, or be given to a third party without the owner’s consent. No changes to the document shall be made without consent from NGI.
Dokumenttittel: Modellering av erosjonsbeskyttelse som del av tildekkingslag Dokumentnr.: 20200242-01-R
Dato: 2020-11-04
Rev.nr. / Rev.dato: 0 /
Oppdragsgiver
Oppdragsgiver: NIVA
Kontaktperson: Marianne Olsen
Kontraktreferanse: Oppdragsbekreftelse signert 2020-05-27
for NGI
Prosjektleder: Gøril Aasen Slinde Utarbeidet av: Gøril Aasen Slinde
Kontrollert av: Espen Eek og Siamak Feizi
Sammendrag
Elkem Carbon har fått pålegg fra Miljødirektoratet om å utføre tiltak for forusenset sediment i sjøen utenfor deres fabrikkanlegg ved Fiskå i Kristiansand. Norsk Institutt for Vannforskning (NIVA) er ansvarlig for å utarbeide tiltaksplan for arbeidene. På oppdrag fra NIVA har Norges Geotekniske Institutt (NGI) utført modellering for å vurdere beskyttelse mot erosjon som følge av skipstrafikk over tildekkingslaget.
Modelleringen er utført med et NGI-utviklet verktøy som benytter modellert økning i vannhastighet som følge av skipstrafikk for å se på potensiale for erosjon av tildekkingslaget over sedimentet. Resultatet av modelleringen er en steinstørrelse som kan forventes å motstå den økte vannhastigheten, samt en anbefalt tykkelse for utlegging av erosjonssikringen.
Inngangsparameterne for modelleringen er dybden til sedimentene i området, data for skipene som trafikkerer kaia (motoreffekt, propelldiameter og dypgang), samt antatt bevegelsesmønster til og fra kai. Modelleringen og anbefalingen om erosjonsbeskyttelse tar utgangspunkt i at dataene som er framskaffet for arbeidet med denne rapporten også vil være representativ for framtidig skipstrafikk til og fra kaianlegget på Fiskå.
Dimensjoneringen av erosjonssikring er beregnet ut fra forventet båttrafikk og seilingsmønster som er antatt ut i fra posisjon som de ligger til kai. Hvis det kommer inn skip med større motorkraft, skip som stikker dypere enn de som er benyttet i modellering, det brukes kraftigere motoreffekt eller endret kjøremønster enn det som er brukt i beregningene eller andre forhold som gjør at effekten av erosjonen blir sterkere, kan dette skade tildekkingslaget. Skade på tildekkingslaget kan være både hull i tildekking som kan gi eksponering av forurenset sjøbunn under eller at tildekkingslaget samles i hauger som kan gi lokalt redusert seilingsdyp. Det anbefales at tildekkingslaget følges opp jevnlig med tanke på skader som kan komme av erosjon fra båttrafikk.
Erosjonsbeskyttelsen som er modellert her er kun for å beskytte tildekkingslaget og sedimentene under. Effekten av propellstrøm på kai-konstruksjoner eller nærliggende grunne sørvest for kaia er ikke vurdert.
Tabellen under viser resultatene fra de ulike områdene samlet for den båten eller
varegruppa (ulik varer leveres med ulike fartøy og på ulike anløpsplasser) som er
dimensjonerende for de ulike områdene av Fiskåbukta. Modelleringsresultatene er når
det aktuelle fartøyet benytter 40 % av full motoreffekt.
Dybde til sedimentene
D50
(cm) Tykkelse erosjonslag
(cm)
Dimensjonerende varegruppe
8 – 10 m 3 10 Bindemiddel
Skråning 21 32 Elektrodemasse
10 – 12 m 5 15 Bindemiddel
10 – 12 m, øst 6 20 Kull, petrolkoks, antrasitt*
12 – 16 m 13 20 Kvarts
> 16 m 3 10 Kvarts
* Kvartsbåter vil også kunne trafikkere i dette området, men om disse skal være dimensjonerende må det vurderes andre former for erosjonsbeskyttelse enn mineralske masser.
Resultatene oppsummeres også grafisk i figuren under. Merk at det også her er merknad at modelleringen som er utført for det østlige området med sedimentdyp på 10-12 m ikke er gjeldende for kvartsbåter.
Det er også gjort en modellering basert på noe høyere motoreffekt (75 % av full effekt).
Dersom erosjonssikringen skal dimensjoneres for høyere motoreffekt, vil en måtte gå opp noe på steinstørrelse og tykkelse av erosjonssikringen.
Hvis ønskelig, kan en nærmere vurdering av seilingsmønsteret i havna gi større
detaljgrad for modelleringen. Vurderingen kan også benyttes i etterkant av utlegging av
tildekking med erosjonsbeskyttelse, for å gi retningslinjer for hvor ulike skip kan manøvrere i bukta.
NGI har ikke kjennskap til at det er utført geotekniske boringer i området. Generelt bør
tildekking utføres ved at arbeidet starter ytterst ved størst dyp og bygges innover mot
land. Dette for å redusere usikkerheten med tanke på stabilitet. I prosjekteringsfasen bør
det gjøres tester for å bestemme bæreevne for de stedlige sedimentene. For eventuelle
skråninger der det skal gjøres tildekking, må en se på stabiliteten, og det må vurderes
om det er behov for å lage til støttefyllinger for å hindre utglidninger. Prosjekteringen
skal gjennomføres i tråd med gjeldende regelverk og standarder.
Innhold
1 Innledning 8
2 Områdebeskrivelse 8
3 Metode for beregning og vurdering 9
4 Modelleringsforutsetninger 10
4.1 Bevegelsesmønster for fartøy 10
4.2 Dybde til sedimentene 12
4.3 Skiptrafikk til kai 16
4.4 Oppsummering skipstrafikk og dybder 22
5 Modelleringsresultater 23
5.1 Dybde 8 m 23
5.2 Dybde 10 m 26
5.3 Dybde 12 m 29
5.4 Dybde > 16 m 30
6 Konklusjoner og vurderinger 31
7 Referanser 34
Vedlegg
Vedlegg A Data for skip som anløp Fiskå i 2019 Vedlegg B Modelleringsresultater
Kontroll- og referanseside
1 Innledning
Elkem Carbon AS har fått krav om å oppdatere tiltaksplanen som er utarbeidet som tildekking av forurenset sjøbunn utenfor fabrikkområdet på Fiskå i Kristiansand (NIVA, 2018). Kravet er satt i den oppdaterte tillatelsen gitt av Miljødirektoratet (tillatelse nummer 2018.0141.T, sist endret: 2020-01-10). Blant annet skal tiltaksplanen oppdateres med tiltak for å motvirke spredning av forurensing fra forurenset sjøbunn, særlig fra skipoppvirvling.
På oppdrag fra Norsk Institutt for Vannforskning (NIVA) skal Norges Geotekniske Institutt (NGI) utføre modellering for å vurdere av erosjon som følge av skipstrafikk over tildekkingslaget. Ifølge tillatelsen skal dagens og fremtidig skipsoppvirvling (prognose) ligge til grunn for tiltaksvurdering ved valg av en robust og varig tiltaksløsning. Denne rapporten oppsummerer resultatene av modelleringen som er utført.
2 Områdebeskrivelse
Sedimentene utenfor Elkem Carbon AS er forurenset etter 100 år med industriell aktivitet på området, spesielt med PAH-forbindelser. Bedriften har gjennomført jevnlig overvåkning i fjorden siden 1983, og resultatene viser at utslippene til sjø er betydelig redusert (mer enn 90 %) siden oppstart av overvåkingen. Det har således blitt observert en gjennomgående forbedring av miljøtilstanden i fjorden. Imidlertid er sedimentene fremdeles forurenset av PAH, og NIVA har blitt engasjert for å anbefale tiltak med mål om å nå god kjemisk og økologisk tilstand i fjorden innen 2027.
NIVA har utarbeidet tiltaksplan for området, og har også fått jobben med å gjøre endringene som Miljødirektoratet har satt krav om. I tiltaksplanen anbefales det at Elkembukta tildekkes med sikte på å hindre erosjon og spredning av forurenset sediment ut av bukta. Det anbefales å gjøre tildekkingen i kombinasjon med aktivt-kull behandling for å redusere porevannskonsentrasjonen av PAH i sedimentet, og dermed redusere økologisk risiko. I Fiskåbukta anbefales det overvåket naturlig restitusjon (NIVA, 2018).
Elkembukta er området som ligger rett utenfor Elkem Carbon AS, og vil være det som
er tiltaksområdet for modellering av skipserosjon av tildekkingsmasser, i og med at det
er dette området som NIVA (2018) anbefaler at tildekkes med rene masser. Elkembukta
er en del av Fiskåbukta/Vesterhavnområdet (figur 1) som igjen er en del av
Kristiansandsfjorden.
Figur 1. Avgrensing av Elkembukta (indre og ytre) og Fiskåbukta (omriss viser -10 m kote) (NIVA, 2018).
3 Metode for beregning og vurdering
Erosjonen fra propeller blir vurdert ut ifra økt strømningshastighet over sjøbunnen som følge av manøvrering til og fra kai med de aktuelle fartøytypene. Overslagsberegningene av strøm langs sjøbunnen generert av propellstrøm, er utført med en modell utviklet av NGI (2002). Det blir gjort beregninger ut fra motoreffekten som legges inn i modellen.
Videre blir den økte vannhastigheten ved sjøbunnen generert av propellen benyttet for å si noe om hvilken kornstørrelse som kan motstå erosjon ved den aktuelle vannhastig- heten. I modellen som NGI har utviklet benyttes kjente metodikker for erosjon som utgangspunkt for å finne erosjonsbestandig kornstørrelse. Resultatet av beregningen oppgis parameteren D
50som angir den steinstørrelsen i det mineralske materialet som 50 % av prøven er mindre enn, regnet etter vekt.
Videre benyttes D
50for å regne ut anbefalt tykkelse av laget for erosjonssikring.
Faktoren som legges inn er for at sikre at erosjonslaget blir tykkere enn diameteren til materialet som legges ut. Ved strømhastigheter under 2 m/s beregnes tykkelse av erosjonslag som:
Tykkelse erosjonslag = d
503
For beregnede strømhastigheter over 2 m/s beregnes tykkelse av erosjonslag som:
Tykkelse erosjonslag = d
501,5
Forskjellen på utregningen av tykkelsen kommer av at de finere massene må legges ut i et tykkere lag relatert til kornstørrelsen enn det vil være behov for med de grove mass- ene. Det er fordi det vil være større relativ usikkerhet i utleggingen av tynnere lag, og at en derfor trenger et noe tykkere lag for å være sikker på at laget blir erosjonsbestandig.
Med tanke på utleggingstekniske forhold er det også behov for en noe større sikkerhets- faktor når det legges ut tynne lag.
Tykkelsen av det endelig beregnede erosjonsslaget blir rundet opp til nærmeste 5 cm.
4 Modelleringsforutsetninger
For å kjøre modelleringene må en ha en del inngangsparametere:
Bevegelsesmønster for fartøy som manøvrerer i området Vanndyp i tiltaksområdet
Propelldiameter for fartøy som manøvrerer i området
Fartøyenes motoreffekt (i kW), og hvilken effekt som benyttet ved manøvrering til og fra kai
Resultatet av modelleringen vil være kornstørrelse og tykkelse som er anbefalt for erosjonsbeskyttelseslaget for å motstå oppvirvling med beskrevet skipstrafikk.
Inngangsparameterne til modellen oppsummeres i følgende kapitler.
4.1 Bevegelsesmønster for fartøy
Som utgangspunkt for å si noe om bevegelsesmønster for fartøy innenfor tiltaksområdet, er det hentet ut åpne AIS-data (AIS = automatic identification system) fra Kystverket.
Dataen som kan hentes ut stammer fra anløp til kaia utenfor Elkem Carbon AS i løpet
av mai 2019. Det antas at bevegelsesmønsteret for fartøyene er representativt for
anløpene til og fra kai i området, både nå og i framtiden.
Figur 2. AIS-data for stykkgodstrafikk (blå linjer) og kjemikalie- /produkttanker (rød linje) for manøvrering til og fra kai ved Elkem Carbon AS. Dataen er fra mai 2019 (hentet fra:
https://kart.kystverket.no//share/9220e0e277e4, hentet dato: 2020-08-07).
Ut ifra hvilket råstoff eller produkt som skipene ankommer med, vil posisjonen som skipene legger til ved kaien varierer. Posisjonene er gitt som tall i figur 3, og her er:
1. Elektrodemasse Kystruta – bakker til kai pga. tilgang via luke på båten. Denne ruta utføres av Karmsund som er 90 m lang
2. Elektrodemasse til Finnfjord – kjører med baugen inn mot bukta. Denne ruta utføres av Kristian With som er 90 m lang
3. Antrasitt, petrolkoks, kull – båtene kjører med baugen inn mot bukta. Det er mange ulike fartøyer som utfører denne ruta og de er typiske 90-120 m lange 4. Bindemiddel – båtene kjører stort sett med baugen inn mot bukta. Det er flere
ulike fartøyer som utfører denne ruta og de er typisk 80-100 m lange. NGI har fått opplyst av fartøyet Lindo bakker til kai, og det utføres egen modellering for dette skipet
5. Kvarts – båtene bakker til kai og er typisk 120 - 150 m lange
Kaia utenfor Elkem Carbon er nesten 280 m lang. Anløpsmønsteret til de ulike båtene
viser at hele lengden av kaien er i bruk, og at en må ta med dette i beregningen når en
ser hvilke dybder en vil forvente å være påvirket av skipsoppvirvling.
Figur 3. Ortofoto av kaiområdet. Tall angir posisjon av senter av skip innenfor kategorier som anløper jevnlig (se liste over). Omriss av skip er vist for skalering av et omtrentlig skip som bakker inn i posisjon 1.
